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Correction épreuve de physique-chimie – bac 2013 Exercice I : un catalyseur enz

Correction épreuve de physique-chimie – bac 2013 Exercice I : un catalyseur enzymatique, l'uréase 1. Activité enzymatique de l'uréase 1.1.1. NH2-CO-NH2(aq) + H2O(l) ↔ 2 NH3(aq) + CO2(g) 1.1.2. Le temps de demi-réaction est la durée nécessaire pour que l'avancement soit égal à la moitié de l'avancement final : x(t1/2)=xf/2 1.1.3. Toutes conditions expérimentales égales par ailleurs, le temps de demi-réaction sans uréase est de 60 ans tandis qu'avec il tombe à 2.10-5 s. Par conséquent, l'uréase qui n'est ni un réactif, ni un produit est un catalyseur de la réaction puisqu'il diminue le temps de demi-réaction. 1.2.1. La température est un facteur cinétique : elle contribue à augmenter la vitesse de réaction, c'est à dire à diminuer le temps de demi-réaction. 1.2.2. Dans le document 1, on observe un pic d'activité de l'uréase à 60 °C. Par conséquent pour une température inférieure à 60 °C, une augmentation de température favorise la cinétique de la réaction. En effet, l'uréase joue un rôle majeur dans la cinétique de la réaction et plus son activité est élevée et plus la réaction est rapide. Par contre, au-delà de 60 °C, l'activité de l'uréase diminue avec la température, par conséquent une augmentation de la température induit un ralentissement de la réaction. 1.2.3. Dans le cas général, la température augmente la cinétique de la réaction en favorisant les chocs inter-moléculaires. Dans le cas d'un réaction catalytique, on peut faire l'hypothèse qu'une augmentation de la température casse les liaisons hydrogène et ainsi modifie la structure tri-dimensionnelle du catalyseur. Comme il est dit que la réaction catalysée se produit au sein des replis, on peut imaginer qu'à partir d'une certaine température, ces sites actifs sont détruits faisant ainsi diminuer fortement l'activité catalytique de la macromolécule. 2. L'uréase dans le milieu stomacal 2.1. le pH d'un acide fort est donné par la relation pH=-log(c). Avec c = 1,0.10-2 mol.L-1, on trouve pH=-log(1,0.10-2) → pH = 2 2.2. le pKA du couple NH4 +/NH3 étant de 9,2, les ions ammonium NH4 + prédominent pour un pH inférieur à 9,2 et c'est l'ammoniac NH3 qui prédomine pour un pH supérieur à 9,2. Ainsi, pour un pH égal à 2, c'est NH4 + qui prédomine. 2.3. La sécrétion d'ammoniac dans l’environnement de la bactérie a pour conséquence une diminution de la concentration en ions oxonium H3O+. En effet, les ions oxonium H3O+ sont les réactifs d'une réaction avec l'ammoniac. Cette diminution de la concentration en ions H3O+ a pour conséquence une augmentation du pH, ce dernier étant une fonction décroissante de la concentration en ions H3O+. 2.4. Au pH de l'estomac, l'activité de l'uréase est nulle. Par conséquent, l'uréase ne peut pas être seule cause de la dégradation de l'urée par l'eau et d'autres molécules sont forcément impliquées. Exercice II – Principe de fonctionnement d'un GPS 1. A propos de la localisation Avec une échelle de 1,2 cm pour 100 km, une distance de 240 km correspond sur la carte à 2,9 cm. L'automobiliste est donc sur le premier cercle centré sur Lyon. 340 km correspondent à 4,1 cm soit le 2ème cercle sur la carte. L'automobiliste a donc 2 positions possibles, l'une proche de Bourges tandis que l'autre du côté de la frontière entre la Suisse et l'Italie. Comme il est dit dans l'énoncé qu'il sort d'une ville française, il est donc à Bourges. 2. Étude du mouvement d'un satellite 2.1. Le satellite est exclusivement soumis à la force gravitationnelle exercée par la terre : ⃗ F T /GPS=G M T⋅M GPS dT −GPS 2 ⃗ n où ⃗ n est le vecteur unitaire porté par la droite portée par le centre de la Terre et celui du GPS et dirigé du satellite vers la Terre (vecteur normal dans le repère de Frénet). Dans le référentiel géocentrique supposé galiléen, on peut appliquer la seconde loi de Newton qui s'écrit : M GPS ⃗ a=⃗ F T /GPS dans le cas où le satellite n'est soumis qu'à l'attraction exercée par la Terre avec ⃗ a , Correction Physique-chimie 2013 lewebpedagogique.com/physique vecteur accélération du satellite GPS. Par conséquent, M GPS⃗ a=G M T⋅M GPS dT −GPS 2 ⃗ n soit ⃗ a=G M T d T −GPS 2 ⃗ n . Le vecteur accélération est donc centripète. D'autre part, si le mouvement du satellite est circulaire, son accélération s'exprime ⃗ a=dv dt ⃗ t + v 2 d T−GPS ⃗ n dans le repère de Frénet. Par identification avec l'expression ⃗ a=G M T d T −GPS 2 ⃗ n nous obtenons dv dt ⃗ t =⃗ 0 soit dv dt =0 : si le mouvement est circulaire, alors il est uniforme. 2.2. Toujours en égalisant les 2 expressions ⃗ a=G M T d T −GPS 2 ⃗ n et ⃗ a=dv dt ⃗ t + v 2 d T−GPS ⃗ n nous pouvons déduire que v 2 dT −GPS =G M T dT −GPS 2 soit v 2=G M T dT −GPS → v=√ G M T d T −GPS Or, puisque la distance dT-GPS est égale à la somme du rayon de la Terre et de l'altitude h, on déduit v=√ G M T RT +h A.N. : v = 3,89.103 m/s 2.3. Dans le cas d'un mouvement circulaire, v= 2π(RT +h) T GPS par conséquent, T GPS=2π( RT+h) v A.N. : T=4,26.104 s soit 11,8 h : les satellites GPS font effectivement 2 révolutions par jour autour de la terre. 3. Précision des mesures 3.1. le calcul de la distance parcourue par les ondes électromagnétiques entre le satellite et le récepteur se fait en multipliant la vitesse de la lumière c par la durée du trajet. Une erreur Δt = 30 ns = 30.10-9 s sur cette durée implique une erreur sur la mesure de la distance : Δl = c. Δt soit 3,00.108 .30.10-9 = 9,0.m. Ainsi pour bénéficier d'une précision de 10 m dans la direction de propagation du signal électromagnétique, il faut bien une précision de 30 ns sur la mesure de la durée du trajet. 3.2. La distance à parcourir est sensiblement égale à l'altitude moyenne des satellites. Par conséquent, la durée de parcours du signal électromagnétique est t = l/c = 2,00.107/3,00.108 = 6,67.10-2 s. La précision relative est donc Δt/t = 3.10-8 / 6,67.10-2 = 4,5.10-7 soit 4,5.10-5 % 3.3. La non prise en compte des effets relativistes entraîne un décalage de 38 μs par jour. Le décalage significatif de 30 ns intervient donc au bout de 0,030/38 = 0,00079 jour soit environ 1 minute. 4. Etude du signal GPS 4.1. Le signal est délivré à un débit de 50 bit.s-1. La durée totale du signal est de 4,5 ko soit 4,5.103 octet = 3,6.104 bit. Le signal est donc délivré en 3,6.104 / 50 = 7,2.102 s. En théorie il faudrait donc 720 secondes, soit 12 minutes pour que le récepteur reçoivent l'ensemble des paramètres du calcul envoyé par le GPS mais comme le récepteur garde en mémoire les paramètres reçus avant son dernier arrêt, cela lui permet de calculer la position avant d'avoir finit de recevoir l'ensemble des paramètres. 4.2. la superposition message + code vaut, en accord avec les explications de la page 5 : non modifié | modifié 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 Exercice III – saveur sucrée 1 Analyse et synthèse de documents Il fallait faire ressortir les 3 catégories (sucres, polyols & édulcorants) Correction Physique-chimie 2013 lewebpedagogique.com/physique Puis comparer les pouvoir sucrant et l'apport énergétique des différentes catégories, tout en en soulignant les avantages et les inconvénients. On pouvait également distinguer l'origine : naturelle ou synthétique des espèces chimiques proposées. Ci-dessous une proposition de correction. Bien entendu elle est beaucoup trop longue. D'autre part, l'énoncé ne proposant pas de problématique, d'autres angles étaient possibles. On distingue trois catégories d'espèces sucrantes : les sucres, espèces chimique organiques contenant un groupe carbonyle C=O, les polyols ne contenant que des groupes hydroxyles OH et enfin des espèces chimiques de synthèse, les édulcorants. Le pouvoir sucrant de ces différentes espèces sucrantes est mesuré par des goûteurs, en faisant le rapport de la concentration massique d'une solution sucrante avec celle d'une solution de saccharose ayant la même saveur sucrée. Trois exemples de sucres sont présentés dans le document 2 : le fructose de formule HO-CH2-(CHOH)3- CO-CH2OH dans laquelle on a mis en évidence le groupe carbonyle, le glucose de formule HO-CH2- (CHOH)4-CHO et le saccharose issu de la réaction des 2 premiers. Ce dernier a par définition un pouvoir sucrant égal à 1,0 tandis que les 2 premiers ont un pouvoir sucrant respectif égal à 1,7 et 0,7. L'impact sur la santé des sucres est multiple : si l'on sait avec certitude que leur consommation favorise les caries, la relation entre consommation de sucres et les différentes pathologie nutritionnelle comme l'obésité et le surpoids n'est pas complètement établie. L'analyse des données du document 2 nous permet d'ores et déjà de conclure que pour atteindre un même pouvoir uploads/Finance/ corrige-bac-s-2013-phyisique-v2.pdf